NASA Artemis: слетать на Луну оказалось проще, чем вернуться
У американской программы Artemis («Артемида») по возвращению человека на Луну — сложная судьба. Будучи в значительной степени наследницей закрытой программы Constellation («Созвездие»), она то откатывалась «вправо», то ей, наоборот, назначали малореальные сроки — типа высадки на Луну в 2024 году. Постоянный перенос сроков запуска сверхтяжёлой ракеты-носителя SLS, судебные тяжбы с Blue Origin, недофинансирование и отсутствие скафандров — это лишь малая часть текущих проблем Artemis.
Возможно, американскую программу подстегнёт проект ILRS, совместной лунной станции России и Китая. Хорошо бы получить новую лунную гонку, столь же динамичную и насыщенную, как и во времена Apollo. Тем более что теперь в прицеле не только Луна, но и Марс.
▍ Сверхтяжёлая SLS как ключевой элемент программы Artemis
10 лет назад NASA начала программу Space Launch System (SLS) – разработку сверхтяжёлой ракеты-носителя (РН) для миссий на Луну, к Марсу и в дальний космос. Её реализация столкнулась с политическими, репутационными рисками и техническими проблемами. В результате тестовый пуск SLS, изначально планируемый на 2017 г., многократно откладывался, актуальный сегодня срок — первая половина 2022 г. С таким долгостроем, уже вызвавшим двукратный перерасход средств ($19,6 млрд) и получившим у американцев прозвище Senate Launch System, может сравниться разве что строительство уникального инфракрасного телескопа James Webb (Pro космос о нём писал: проект растянулся на 20 лет, бюджет оказался превышен в 20 раз). Стоимость одного запуска SLS оценивалась в $2 млрд, что много даже для США. При этом общий бюджет программы Artemis приближается к $38 млрд (включая $18 млрд на разработку космического корабля Orion).
Почему NASA упорно продолжает держаться за SLS? Теоретически можно отправить миссию на Луну двумя-тремя пусками уже имеющихся тяжёлых ракет-носителей: ULA Delta 4 Heavy или SpaceX Falcon Heavy. Или дождаться готовности сверхтяжёлого корабля Starship. Тем более что есть вероятность старта последнего даже раньше SLS, несмотря на палки в колёса от регулятора FAA и большой объём работы, которую ещё предстоит проделать SpaceX.
Причина — в масштабности проекта SLS, который «нельзя просто взять и закрыть». При этом медлительность работ по программе, по словам одного из аналитиков, превратилась из недостатка в одну из характерных черт, не более. Создание NASA собственной сверхтяжёлой РН стабильно обеспечивает работой десятки тысяч человек в 41 из 50 штатов США (генеральные подрядчики, субподрядчики и их поставщики). Естественно, в сохранении текущего положения дел заинтересованы сенаторы от этих штатов независимо от своей партийной принадлежности. Да и сами генподрядчики со своим мощным лобби совсем не против довести дело до конца. Так что политическая поддержка у программы SLS — на уровне «бог».
В игру вступают и такие эфемерные факторы, как национальная гордость и сохранение статуса разработчика чего-то масштабного. Предельно ясно выразился Бейли Хатчисон, сенатор-республиканец от Техаса, один из двух председателей сенатского комитета по коммерции, курирующего космос (кстати, вторым был Бил Нельсон, сенатор-демократ от Флориды, нынешний глава NASA). На пресс-конференции 2012 г. во время презентации агентством NASA концепции SLS Block 1 Хатчисон заявил, что доставку на НОО и развитие там NASA готово отдать частникам, в то время как само агентство продолжит заниматься более серьёзными вещами. Вот так вот, — правильным мальчикам нужны самые большие игрушки.
▍ С чем связаны проблемы создания SLS?
Прежде всего, с тем же самым политическим лобби. Текущий облик SLS был навязан сверху сенаторами для максимальной унификации новой РН с наработками предыдущих программ (для их продолжения и сохранения рабочих мест). Так SLS унаследовал двигатели первой ступени RS-25 от Space Shuttle разработки Aerojet Rocketdyne — после завершения их полётов осталось 16 движков (хватит на 4 старта). От той же программы перешли твердотопливные ускорители разработки Northrop Grumman. Верхняя ступень практически в неизменном виде перекочевала с Delta IV, а от закрытой президентом Обамой программы Constellation с РН Ares — сам космический корабль Orion разработки Lockheed Martin. В итоге всё это предстояло интегрировать в первую ступень SLS, которую заново должен был разработать Boeing. За разработку сервисного модуля корабля Orion взялся Airbus при поддержке ESA, а за верхнюю криогенную ступень на основе двигателей RL-10B2 производства Aerojet — Boeing совместно с ULA.
В результате новая ракета NASA создавалась в основном на основе технологий предыдущего поколения, не обещая выдающихся показателей. энергоэффективности (энергоёмкость по объёму) жидкого водорода для двигателей RS-25 всё равно оказывается ниже, чем у керосина RP-1 двигателей F-1 Saturn-V. В результате даже в своём самом мощном перспективном варианте (Block 2 Cargo) SLS проигрывает по грузоподъёмности РН Saturn-V, разработанной более полувека назад (46 против 48,6 т к Луне соответственно). У начального варианта SLS Block 1 она вообще «всего» 27 т, в будущем её планируют довести в Block 1B до 38 т.
А ведь в России принято ругать «Роскосмос» и разработчиков РН «Ангара» именно за это: характеристики новой ракеты в целом такие же, как у старой. При этом упускают из виду, что ракета переведена на пару «керосин – кислород», которая гораздо экологичнее, чем пара «гептил – амин» на «Протоне». И вдруг видим, что за океаном действует та же логика «озеленения», а большие организационные системы также склонны к сохранению максимального числа рабочих мест и «раздаче всем сёстрам по серьгам».
По замыслу, использование уже имеющихся компонентов должно было снизить стоимость разработки всей системы, но на практике это вылилось в сложности взаимодействия большого числа партнёров-генеральных подрядчиков, их субподрядчиков и поставщиков (это не SpaceX, разрабатывающая всё in-house). Такая иерархическая структура взаимодействия свела к минимуму возможность гибкой адаптации к изменениям, снизив общую эффективность коммуникации. Свой вклад в задержку программы SLS внесла пандемия и участившиеся ураганы, а также ряд технических и производственных проблем. Самой известной из них стала ошибка в монтаже гигантского цилиндрического сварочного аппарата для сборки 50-метровой первой ступени одного из субподрядчиков Boeing, к тому же под него забыли укрепить фундамент — с кем не бывает? Это и прочие, менее значительные технические сложности, потянули на дополнительные расходы в $2 млрд с задержкой программы по меньшей мере на 2 года.
Но вот 6 октября NASA объявило о сертификации конструкции РН SLS, что открывает дорогу к первому полёту — он ожидается в первой половине 2022 г. Будем надеяться, он станет успешным. Пока же NASA находится на этапе согласования контракта с Boeing по строительству 10 первых ступеней SLS и 9 более мощных верхних ступеней следующего этапа Block 1B.
▍ Новые проблемы программы Artemis: HLS и скафандры
Всё было бы не так плохо, если бы проблемы в Artemis были только с SLS. Но у всех на слуху ситуация с HLS (лунный посадочный модуль), работы по которому NASA попросило SpaceX приостановить до ноября, пока не закончится рассмотрение иска Blue Origin в федеральном апелляционном суде США. Поводом для иска стал выбор агентством SpaceX как единственного исполнителя по HLS на апрельском тендере на $2,9 млрд. Напомним, что для участия в тендере NASA по HLS Blue Origin собрал национальную команду с проектом трехмодульного National HLS, включающую также Lockheed Martin, Northrop Grumman и Draper, и, что неудивительно, основные генподрядчики по SLS. Так что история явно ожидает продолжения. SpaceX перешла дорогу всем самым известным лоббистам — тяжеловесам от ВПК. Но NASA и радо бы было дать аналогичный контракт национальной команде под лидерством Blue Origin, но у него просто не хватит на это денег (Конгресс США одобрил лишь четверть запрашиваемого бюджета NASA на 2021 г.). В итоге агентству на модернизацию наземной инфраструктуры и стартовых комплексов для программы Artemis NASA пришлось недавно буквально вымаливать в Конгрессе США несколько млрд долларов — мы писали об этом.
Кстати, некоторые эксперты справедливо возмущаются выбором NASA — зачем платить SpaceX за избыточную забрасываемую массу к Луне (масcа ILV HLS национальной команды явно на порядок ниже, чем возможности 100 т Starship). Притом что отправка Starship к Луне потребует ещё 8 рейсов танкеров по его заправке. А модули National HLS можно вообще вывести за три пуска существующими тяжёлыми РН и собрать потом на орбите. В общем, аргументы у противников SpaceX в защиту как SLS, так и национальной команды Blue Origin тоже имеются.
На слуху и ещё одна проблема миссии Artemis, на этот раз со скафандрами. В августе аудиторы NASA признали, что и скафандры для Луны не будут готовы к пилотируемой миссии Artemis 3 в 2024 г. И это после 14 лет разработки! Поэтому на прошлой неделе NASA нашло в себе силы и обратилось к частному сектору за помощью.
▍ План реализации программы Artemis
- Artemis 1 — Сейчас первый пуск SLS намечен на первую половину 2022 года. В ходе запуска корабль Orion облетит Луну и на её орбиту будет выведено 13 кубсатов. Что дальше?
- Artemis 2 — Миссия запланирована на конец 2023г. Планируется пилотируемый облёт естественного спутника Земли с посадкой на его поверхность небольших луноходов для поиска наилучшего места под лунную базу.
- Artemis 3 — Это первая пилотируемая Миссия пока запланирована на 2024 г., хотя неготовность скафандров и прогресс по другим компонентам заставляет в нём усомниться. Астронавты полетят к лунной орбитальной станции Lunar Gateway, строительство которой к тому моменту уже должны начать частные компании (без использования SLS). К станции заранее будет доставлен посадочный модуль HLS, в который перейдут прибывшие на Orion астронавты. И наконец высадятся на поверхность Луны.
- Artemis 4—7 — Далее планируются уже ежегодные пилотируемые миссии в 2025—2028 гг. и строительство долговременной лунной базы.
Интересно, что первоначально высадка на Луну планировалась как раз на 2028 г., но три года назад президент США Дональд Трамп форсировал планы и объявил, что она состоится до конца 2024 года. Будем надеяться, что новых отсрочек по SLS не будет и NASA набила все возможные шишки.
▍ Марс — главное отличие Artemis от Apollo
Основное отличие «Артемиды» от программы «Аполлон» полувековой давности — в создании орбитальной станции и строительстве долговременной лунной базы. Луна во всех программных документах рассматривается NASA как промежуточный этап отработки технологий для достижения основной цели — Марса. Ещё одно важное отличие — широкая международная кооперация. Так сервисный модуль корабля Orion создаёт Airbus, а ESA, JAXA и CSA участвуют в разработке модулей международной орбитальной станции Lunar Gateway. По размерам она получится примерно в 6 раз меньше МКС, и будет состоять из жилого/логистического и двигательного/транспортного модулей (первая фаза, строительство начнётся в 2023 г.). В дальнейшем к ним прибавятся ещё два модуля – международный жилой и научно-коммуникационный ESPRIT. Lunar Gateway будет рассчитана на пребывание экипажа из 4 человек в течение 1—2 месяцев.
Что касается Artemis Base Camp, то база, рассчитанная на пребывание 4 астронавтов, будет представлять не монолитный объект, а скорее «россыпь» автоматов, луноходов и обеспечивающей инфраструктуры (в т.ч. и ядерные энергетические установки Kilopower с электрической мощностью до 10 кВт). Хотя долговременный обитаемый модуль там тоже, конечно, будет.
Увеличится и длительность пребывания астронавтов на Луне — всё-таки теперь нужно не просто флаг воткнуть, а заняться серьёзными научными исследованиями. Начать выработку кислорода и водорода изо льда, протестировать их применение в качестве топлива, а кислорода — для дыхания. Поэтому экипаж миссии Artemis 3 проведёт на Луне 7 суток (вместо максимум 3 для Apollo), а с началом полноценного функционирования лунной базы длительность экспедиции вырастет до 1 месяца.
Для Apollo зоны высадки миссий выбирались исходя из безопасности — искали сравнительно ровную поверхность. А для всех миссий Artemis приоритетным стал район Южного полюса Луны, где предполагается наличие водяного льда. Он предварительно будет исследован большим числом автоматических станций в рамках программы NASA CLPS («сервис коммерческой лунной нагрузки»). Это тоже новшество, — начиная с 2022 г. по программе CLPS планируется отправлять на Луну по меньшей мере по два посадочных модуля в год с научной аппаратурой. Некоторые будут включать небольшие луноходы. Первыми станут посадочные платформы Peregrine разработки Astrobotic и Nova-C от Intuitive Machines.
Изначально предполагалось участие в программе Artemis и «Роскосмоса», но Дмитрий Рогозин ясно дал понять NASA, что Россия будет участвовать в проекте только на условиях равного партнёра. Поскольку ничего больше, чем разработку небольшого многофункционального модуля для Lunar Gateway России не предложили, она начала прорабатывать проект совместной научной станции ILRS с Китаем. Декларацию по ILRS «Роскосмос» и Китайская национальная космическая администрация (CNSA) собираются подписать на предстоящем International Astronautical Congress, который пройдёт в Дубае уже 25-29 октября этого года (держим пальцы). С общей концепцией ILRS можно ознакомиться в брошюре «Роскосмоса» и видеоролике.
Основной фокус — на исследованиях автоматами. Но в 2021 году Китай на авиасалоне в Чжухае представил макет сверхтяжёлой РН Long March 9 (первый полёт ожидается в 2028 г., вводит до 50 т к Луне) и пилотируемый корабль, подходящий для миссий в дальний космос (Pro космос о нём писал). Эта связка может доставить на Луну и людей.
Первая разведывательная фаза продлится до 2025 г. (китайские миссии Chang’e-4, 6 и 7, а также российские миссии «Луна» 25, 26 и 27). Основная цель — отработка технологий мягкой посадки, проведение исследований (лунных и орбитальных), поиск лучшего места для создания лунной базы. Вторая, промежуточная, фаза продлится между 2026-2030 гг. (миссии Chang’e-8 и «Луна-28»). После чего начнётся третья фаза, собственно строительство первой очереди ILRS в составе как орбитальной станции, так и лунного сегмента. Планируется отправка на неё ежегодных экспедиций в период 2030-2035 гг. ILRS тоже будет «россыпью» различных объектов: посадочного модуля, транспортных средств, долгосрочного обитаемого модуля, научных инструментов и обеспечивающей инфраструктуры.
Возможно, к совместной программе России и Китая по лунной базе присоединятся также Бразилия и ESA (они участвуют и в Artemis) и другие международные партнёры. Таким образом, проект ILRS становится прямым конкурентом программы Artemis, но отстаёт на 5-6 лет. Тем не менее, можно ожидать, что уже первые успехи ILRS приведут в чувство руководство США и NASA, превратив Artemis из «процесса ради процесса» во внятную программу с чёткими целями, сроками и ответственными. Собственно, как это и произошло с Apollo.
Материал подготовлен медиа Pro космос для Блога компании RUVDS.com на habr.com.